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Java 線程池的原理與實(shí)現(xiàn)

這幾天主要是狂看源程序，在彌補(bǔ)了一些以前知識(shí)空白的同時(shí)，也學(xué)會(huì)了不少新的知識(shí)（比如 NIO），或者稱為新技術(shù)吧。
線程池就是其中之一，一提到線程，我們會(huì)想到以前《操作系統(tǒng)》的生產(chǎn)者與消費(fèi)者，信號(hào)量，同步控制等等。
一提到池，我們會(huì)想到數(shù)據(jù)庫連接池，但是線程池又如何呢？

建議：在閱讀本文前，先理一理同步的知識(shí)，特別是syncronized同步關(guān)鍵字的用法。
關(guān)于我對(duì)同步的認(rèn)識(shí)，要緣于大三年的一本書，書名好像是 Java 實(shí)戰(zhàn)，這本書寫得實(shí)在太妙了，真正的從理論到實(shí)踐，從截圖分析到.class字節(jié)碼分析。哇，我想市場上很難買到這么精致的書了。作為一個(gè)Java愛好者，我覺得絕對(duì)值得一讀。
我對(duì)此書印象最深之一的就是：equal()方法，由淺入深，經(jīng)典！
還有就是同步了，其中提到了我的幾個(gè)編程誤區(qū)，以前如何使用同步提高性能等等，通過學(xué)習(xí)，使我對(duì)同步的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深。
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簡單介紹

    創(chuàng)建線程有兩種方式：繼承Thread或?qū)崿F(xiàn)Runnable。Thread實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，提供了一個(gè)空的run()方法，所以不論是繼承Thread還是實(shí)現(xiàn)Runnable，都要有自己的run()方法。
    一個(gè)線程創(chuàng)建后就存在，調(diào)用start()方法就開始運(yùn)行（執(zhí)行run()方法），調(diào)用wait進(jìn)入等待或調(diào)用sleep進(jìn)入休眠期，順利運(yùn)行完畢或休眠被中斷或運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常而退出。

wait和sleep比較：
    sleep方法有：sleep(long millis)，sleep(long millis, long nanos)，調(diào)用sleep方法后，當(dāng)前線程進(jìn)入休眠期，暫停執(zhí)行，但該線程繼續(xù)擁有監(jiān)視資源的所有權(quán)。到達(dá)休眠時(shí)間后線程將繼續(xù)執(zhí)行，直到完成。若在休眠期另一線程中斷該線程，則該線程退出。
    wait方法有：wait()，wait(long timeout)，wait(long timeout, long nanos)，調(diào)用wait方法后，該線程放棄監(jiān)視資源的所有權(quán)進(jìn)入等待狀態(tài)；
      wait()：等待有其它的線程調(diào)用notify()或notifyAll()進(jìn)入調(diào)度狀態(tài)，與其它線程共同爭奪監(jiān)視。wait()相當(dāng)于wait(0)，wait(0, 0)。
      wait(long timeout)：當(dāng)其它線程調(diào)用notify()或notifyAll()，或時(shí)間到達(dá)timeout亳秒，或有其它某線程中斷該線程，則該線程進(jìn)入調(diào)度狀態(tài)。
      wait(long timeout, long nanos)：相當(dāng)于wait(1000000*timeout + nanos)，只不過時(shí)間單位為納秒。
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線程池：
    多線程技術(shù)主要解決處理器單元內(nèi)多個(gè)線程執(zhí)行的問題，它可以顯著減少處理器單元的閑置時(shí)間，增加處理器單元的吞吐能力。

    假設(shè)一個(gè)服務(wù)器完成一項(xiàng)任務(wù)所需時(shí)間為：T1 創(chuàng)建線程時(shí)間，T2 在線程中執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間，T3 銷毀線程時(shí)間。

    如果：T1 + T3 遠(yuǎn)大于 T2，則可以采用線程池，以提高服務(wù)器性能。
                一個(gè)線程池包括以下四個(gè)基本組成部分：
                1、線程池管理器（ThreadPool）：用于創(chuàng)建并管理線程池，包括創(chuàng)建線程池，銷毀線程池，添加新任務(wù)；
                2、工作線程（PoolWorker）：線程池中線程，在沒有任務(wù)時(shí)處于等待狀態(tài)，可以循環(huán)的執(zhí)行任務(wù)；
                3、任務(wù)接口（Task）：每個(gè)任務(wù)必須實(shí)現(xiàn)的接口，以供工作線程調(diào)度任務(wù)的執(zhí)行，它主要規(guī)定了任務(wù)的入口，任務(wù)執(zhí)行完后的收尾工作，任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)等；
                4、任務(wù)隊(duì)列（taskQueue）：用于存放沒有處理的任務(wù)。提供一種緩沖機(jī)制。

    線程池技術(shù)正是關(guān)注如何縮短或調(diào)整T1,T3時(shí)間的技術(shù)，從而提高服務(wù)器程序性能的。它把T1，T3分別安排在服務(wù)器程序的啟動(dòng)和結(jié)束的時(shí)間段或者一些空閑的時(shí)間段，這樣在服務(wù)器程序處理客戶請(qǐng)求時(shí)，不會(huì)有T1，T3的開銷了。

    線程池不僅調(diào)整T1,T3產(chǎn)生的時(shí)間段，而且它還顯著減少了創(chuàng)建線程的數(shù)目，看一個(gè)例子：

    假設(shè)一個(gè)服務(wù)器一天要處理50000個(gè)請(qǐng)求，并且每個(gè)請(qǐng)求需要一個(gè)單獨(dú)的線程完成。在線程池中，線程數(shù)一般是固定的，所以產(chǎn)生線程總數(shù)不會(huì)超過線程池中線程的數(shù)目，而如果服務(wù)器不利用線程池來處理這些請(qǐng)求則線程總數(shù)為50000。一般線程池大小是遠(yuǎn)小于50000。所以利用線程池的服務(wù)器程序不會(huì)為了創(chuàng)建50000而在處理請(qǐng)求時(shí)浪費(fèi)時(shí)間，從而提高效率。
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好了，廢話就到這里了，下面就是程序了，我也不講解了，注釋已經(jīng)很清晰了：

/** 線程池類，工作線程作為其內(nèi)部類 **/

package org.ymcn.util;

import java.util.Collections;
import java.util.Date;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

import org.apache.log4j.Logger;

/**
* 線程池
* 創(chuàng)建線程池，銷毀線程池，添加新任務(wù)
*
* @author obullxl
*/
public final class ThreadPool {
    private static Logger logger = Logger.getLogger(ThreadPool.class);
    private static Logger taskLogger = Logger.getLogger("TaskLogger");

    private static boolean debug = taskLogger.isDebugEnabled();
    // private static boolean debug = taskLogger.isInfoEnabled();
    /* 單例 */
    private static ThreadPool instance = ThreadPool.getInstance();

    public static final int SYSTEM_BUSY_TASK_COUNT = 150;
    /* 默認(rèn)池中線程數(shù) */
    public static int worker_num = 5;
    /* 已經(jīng)處理的任務(wù)數(shù) */
    private static int taskCounter = 0;

    public static boolean systemIsBusy = false;

    private static List<Task> taskQueue = Collections
            .synchronizedList(new LinkedList<Task>());
    /* 池中的所有線程 */
    public PoolWorker[] workers;

    private ThreadPool() {
        workers = new PoolWorker[5];
        for (int i = 0; i < workers.length; i++) {
            workers[i] = new PoolWorker(i);
        }
    }

    private ThreadPool(int pool_worker_num) {
        worker_num = pool_worker_num;
        workers = new PoolWorker[worker_num];
        for (int i = 0; i < workers.length; i++) {
            workers[i] = new PoolWorker(i);
        }
    }

    public static synchronized ThreadPool getInstance() {
        if (instance == null)
            return new ThreadPool();
        return instance;
    }
    /**
    * 增加新的任務(wù)
    * 每增加一個(gè)新任務(wù)，都要喚醒任務(wù)隊(duì)列
    * @param newTask
    */
    public void addTask(Task newTask) {
        synchronized (taskQueue) {
            newTask.setTaskId(++taskCounter);
            newTask.setSubmitTime(new Date());
            taskQueue.add(newTask);
            /* 喚醒隊(duì)列, 開始執(zhí)行 */
            taskQueue.notifyAll();
        }
        logger.info("Submit Task<" + newTask.getTaskId() + ">: "
                + newTask.info());
    }
    /**
    * 批量增加新任務(wù)
    * @param taskes
    */
    public void batchAddTask(Task[] taskes) {
        if (taskes == null || taskes.length == 0) {
            return;
        }
        synchronized (taskQueue) {
            for (int i = 0; i < taskes.length; i++) {
                if (taskes[i] == null) {
                    continue;
                }
                taskes[i].setTaskId(++taskCounter);
                taskes[i].setSubmitTime(new Date());
                taskQueue.add(taskes[i]);
            }
            /* 喚醒隊(duì)列, 開始執(zhí)行 */
            taskQueue.notifyAll();
        }
        for (int i = 0; i < taskes.length; i++) {
            if (taskes[i] == null) {
                continue;
            }
            logger.info("Submit Task<" + taskes[i].getTaskId() + ">: "
                    + taskes[i].info());
        }
    }
    /**
    * 線程池信息
    * @return
    */
    public String getInfo() {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        sb.append("\nTask Queue Size:" + taskQueue.size());
        for (int i = 0; i < workers.length; i++) {
            sb.append("\nWorker " + i + " is "
                    + ((workers[i].isWaiting()) ? "Waiting." : "Running."));
        }
        return sb.toString();
    }
    /**
    * 銷毀線程池
    */
    public synchronized void destroy() {
        for (int i = 0; i < worker_num; i++) {
            workers[i].stopWorker();
            workers[i] = null;
        }
        taskQueue.clear();
    }

    /**
    * 池中工作線程
    *
    * @author obullxl
    */
    private class PoolWorker extends Thread {
        private int index = -1;
        /* 該工作線程是否有效 */
        private boolean isRunning = true;
        /* 該工作線程是否可以執(zhí)行新任務(wù) */
        private boolean isWaiting = true;

        public PoolWorker(int index) {
            this.index = index;
            start();
        }

        public void stopWorker() {
            this.isRunning = false;
        }

        public boolean isWaiting() {
            return this.isWaiting;
        }
        /**
        * 循環(huán)執(zhí)行任務(wù)
        * 這也許是線程池的關(guān)鍵所在
        */
        public void run() {
            while (isRunning) {
                Task r = null;
                synchronized (taskQueue) {
                    while (taskQueue.isEmpty()) {
                        try {
                            /* 任務(wù)隊(duì)列為空，則等待有新任務(wù)加入從而被喚醒 */
                            taskQueue.wait(20);
                        } catch (InterruptedException ie) {
                            logger.error(ie);
                        }
                    }
                    /* 取出任務(wù)執(zhí)行 */
                    r = (Task) taskQueue.remove(0);
                }
                if (r != null) {
                    isWaiting = false;
                    try {
                        if (debug) {
                            r.setBeginExceuteTime(new Date());
                            taskLogger.debug("Worker<" + index
                                    + "> start execute Task<" + r.getTaskId() + ">");
                            if (r.getBeginExceuteTime().getTime()
                                    - r.getSubmitTime().getTime() > 1000)
                                taskLogger.debug("longer waiting time. "
                                        + r.info() + ",<" + index + ">,time:"
                                        + (r.getFinishTime().getTime() - r
                                                .getBeginExceuteTime().getTime()));
                        }
                        /* 該任務(wù)是否需要立即執(zhí)行 */
                        if (r.needExecuteImmediate()) {
                            new Thread(r).start();
                        } else {
                            r.run();
                        }
                        if (debug) {
                            r.setFinishTime(new Date());
                            taskLogger.debug("Worker<" + index
                                    + "> finish task<" + r.getTaskId() + ">");
                            if (r.getFinishTime().getTime()
                                    - r.getBeginExceuteTime().getTime() > 1000)
                                taskLogger.debug("longer execution time. "
                                        + r.info() + ",<" + index + ">,time:"
                                        + (r.getFinishTime().getTime() - r
                                                .getBeginExceuteTime().getTime()));
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                        logger.error(e);
                    }
                    isWaiting = true;
                    r = null;
                }
            }
        }
    }
}

/** 任務(wù)接口類 **/

package org.ymcn.util;

import java.util.Date;

/**
* 所有任務(wù)接口
* 其他任務(wù)必須繼承訪類
*
* @author obullxl
*/
public abstract class Task implements Runnable {
    // private static Logger logger = Logger.getLogger(Task.class);
    /* 產(chǎn)生時(shí)間 */
    private Date generateTime = null;
    /* 提交執(zhí)行時(shí)間 */
    private Date submitTime = null;
    /* 開始執(zhí)行時(shí)間 */
    private Date beginExceuteTime = null;
    /* 執(zhí)行完成時(shí)間 */
    private Date finishTime = null;

    private long taskId;

    public Task() {
        this.generateTime = new Date();
    }

    /**
    * 任務(wù)執(zhí)行入口
    */
    public void run() {
        /**
        * 相關(guān)執(zhí)行代碼
        *
        * beginTransaction();
        *
        * 執(zhí)行過程中可能產(chǎn)生新的任務(wù) subtask = taskCore();
        *
        * commitTransaction();
        *
        * 增加新產(chǎn)生的任務(wù) ThreadPool.getInstance().batchAddTask(taskCore());
        */
    }

    /**
    * 所有任務(wù)的核心所以特別的業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行之處
    *
    * @throws Exception
    */
    public abstract Task[] taskCore() throws Exception;

    /**
    * 是否用到數(shù)據(jù)庫
    *
    * @return
    */
    protected abstract boolean useDb();

    /**
    * 是否需要立即執(zhí)行
    *
    * @return
    */
    protected abstract boolean needExecuteImmediate();

    /**
    * 任務(wù)信息
    *
    * @return String
    */
    public abstract String info();

    public Date getGenerateTime() {
        return generateTime;
    }

    public Date getBeginExceuteTime() {
        return beginExceuteTime;
    }

    public void setBeginExceuteTime(Date beginExceuteTime) {
        this.beginExceuteTime = beginExceuteTime;
    }

    public Date getFinishTime() {
        return finishTime;
    }

    public void setFinishTime(Date finishTime) {
        this.finishTime = finishTime;
    }

    public Date getSubmitTime() {
        return submitTime;
    }

    public void setSubmitTime(Date submitTime) {
        this.submitTime = submitTime;
    }

    public long getTaskId() {
        return taskId;
    }

    public void setTaskId(long taskId) {
        this.taskId = taskId;
    }

}

posted on 2014-02-28 01:32 奮斗成就男人閱讀(235) 評(píng)論(0) 編輯收藏

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